Температура почвы
При обработке почвы мы должны обращать внимание на температуру почвы главным образом в двух отношениях: 1) по отношению к атмосферной ирригации и 2) по отношению к нитрификации.
Атмосферная ирригация, то есть оседание росы в почве, может происходить тогда, когда температура почвы ниже, чем температура воздуха. Более подробно мы рассмотрим этот вопрос в особой главе, теперь же отметим, что, чем ниже температура почвы, тем больше росы в ней будет осаждаться.
Следовательно, по отношению к атмосферной ирригации температура почвы должна быть самая низкая. Такая низкая температура преобладает в почве, покрытой лесом. От сильного нагревания охраняют почву: 1) оттеняющие листья деревьев и 2) лесная подстилка. Поэтому в лесах почва так обильно осаждает росу, что ее хватает не только на громадные потребности лесных деревьев, но еще избыток влаги уходит обыкновенно в виде многочисленных родников и ручьев,которые большей частью высыхают после вырубки леса.
Следовательно, если бы дело шло только об обогащении почвы влагой, то довольно было бы только обеспечить ее рыхлостью и низкой температурой. Но задача усложняется тем, что нитрификацияне может проходить при низкой температуре. Она возможна в пределах от 10* до 45*, оптимум – 25*С. Итак, значит, земледельцу предстоит разрешить довольно трудную задачу, а именно: удержать почву в такой температуре, чтобы одновременно могли происходить и нитрификация, и атмосферная ирригация.
Глубокая вспашка совершенно бессильна, когда дело идет о разрешении этой задачи. Поэтому Дэгерен жалуется то на засуху, то на слабую нитрификацию, вследствие чего богатую азотом почву следует еще удобрять чилийской селитрой.
«Количество азота, – говорит Дэгерен, – какое доставляет нитрификация на 1 гектар, следующее:
«Мы уже указали, – говорит дальше Дэгерен, – что хороший урожай требует средним числом 100-120 килограммов соединенного азота. Очевидно, что количество этого азота должно быть усвоено растениями в течение весны и начала лета,так как в конце июня пшеница или овес уже не усваивают азота (в целом это верно и для других культур).
Что же касается бураков, то, хотя они и усваивают азотистые соединения, образующиеся позже, собирая их в своих корнях, но вследствие этого получаются одни только неудобства, так как соединения эти вредят животным и затрудняют производство сахара (как видим, проблема нитратов не нова!). В действительности полезны только те азотистые соединения, которые образуютсявесною или в начале лета,так как в конце лета, зимою и осенью азотистые соединения чересчур выполаскиваются дождями, уходят в реки и моря, одним словом, для растений бывают утраченными».
Приведенные выше цифры указывают, что нитрификация, происходящая весною, недостаточна. Причину этого явления нетрудно понять: хотя земля в это время бывает довольно влажна, но зато температура почвы не достигает той степени, при которой ферменты могут действовать самым энергичным образом, потому что микроорганизмы очень медленно пробуждаются от своей зимней спячки. В то время как некоторые микроорганизмы развиваются в течение 24 или 30 часов, развитие микробов, вызывающих нитрификацию, происходит крайне медленно.
Проба почвы, взятая зимой с поля и помещенная в самой благоприятной температуре, в продолжение нескольких недель не может образовать более значительного количества азотистых соединений. Чтобы пополнить недостающую нитрификацию перегноя и уравновесить медленную деятельность микроорганизмов, мы должны прибавлять к почве как удобрение азотистые вещества.
Благодаря единственно тому, что нитрификация весною не происходит в надлежащей степени, целый флот занят доставкой в Европу селитры, которая с большим трудом добывается на берегах Великого океана. Итак, мы видим, насколько вредно то вымораживание почвы, которое советуется в каждом руководстве к глубокой вспашке. Наставления к предзимней вспашке и наставления к выделке хорошего кирпича совершенно одинаковы.
В результате это промерзание дает хороший кирпич, но пагубно действует на почву. Поэтому там, где морозы более чувствительны, чем у нас, например, в Архангельской губернии, земледельцы никогда не оставляют почвы «в остром пласте». Архангельский мужик Дэгерена не читает, но печальный опыт научил его, что перемерзлая земля не родит хлеба.
У нас вред, наносимый морозами, не так заметен, а потому «острый пласт» на зиму считается идеалом обработки как в сельскохозяйственной литературе, так и на практике. Результаты мы видим в цитируемых выдержках Дэгерена. Благодаря промерзанию, почве недостает азотистых соединений, и именно в то время, когда молодые растеньица больше всего нуждаются в этих питательных веществах.
Опыт показал, что селитра оказывает самое лучшее действие тогда, если ее добавляют для молодых растений. Поэтому земледелец должен употреблять все усилия на то, чтобы температура почвы на весну поднялась как можно скорее,ибо только тогда мы можем рассчитывать на нитрификацию.
При глубокой вспашке этой цели трудно достигнуть. Поднятые пласты промерзают сильно и затем весною быстро высыхают. Чтобы не допустить пересыхания (что тоже делает нитрификацию невозможной), мы спешим бороновать почву. Под рыхлым покровом земля не может согреться и в результате – недостаток азотистых соединений. Первый хороший дождь образует после бороны хорошую корку, что тоже задерживает нитрификацию, и, в конце концов, несмотря на огромные запасы азота в почве, растения терпят голод.
Чтобы ускорить согревание почвы весной, мы можем употребить каток. Сдавленная земля лучше согревается солнцем и, с другой стороны, ночью меньше охлаждается, так как гладкая поверхность не так пропускает тепло. Так гладкий сосуд с блестящей поверхностью дольше задерживает теплоту, нежели такой же сосуд с поверхностью шероховатой. Но пока земля обсохнет настолько, что можно ее прикатывать, то и время уходит и теряется влага.
Поэтому гораздо умнее поступает архангельский крестьянин, который боронует зябь с осени. Земля оседает, весною легче проникает в нее солнечное тепло, гладкая поверхность затрудняет теплопроводность ночью и, в конце концов, нитрификация и в этом суровом климате начинается весною вовремя.
Следует только обращать внимание, чтобы земля не пересыхала, так как сдавленная капиллярная почва скорее испаряет влагу, чем почва, покрытая слоем рыхлой земли. Поэтому, как только температура почвы поднимается до надлежащей степени, следует ее сейчас же пробороновать, или пройти экстирпатором* (культиватор со стрельчатыми лапами) на 2 дюйма в глубину, а после пустить бороны. При дальнейшем же ходе работ конный полольник, постоянно применяемый при новой системе земледелия, уже беспрерывноподдерживает рыхлость верхнего слоя.
При такой обработке нитрификация является весною в надлежащее время, а затем рыхлый слой земли охраняет почву от высыхания и не дает ей чрезмерно нагреваться (что тоже задерживает нитрификацию). Температура почвы держится на той высоте, при которой одновременно может происходить и нитрификация, и атмосферная ирригация.
Осеннее боронование мелко вспаханной почвыя постоянно практикую в своем хозяйстве, оставляя часть не заборонованной для сравнения урожаев. Ежегодно урожай на заборонованной зяби бывает выше.
В прошлом году (1897 г.) заметно выделялась кукуруза, посеянная по заборонованной с осени зяби, тогда как рядом, на не заборонованной, была гораздо хуже. Пора перестать преувеличивать влияние мороза на минеральные части почвы, что делают приверженцы глубокой вспашки, потому что продукты разложения перегноя гораздо интенсивнее действуют на скелеты почвы, чем морозы, которые, задерживая деятельность бактерий, окончательно приносят культурной почве больше вреда, чем пользы.
Источник
Температура почв
Большинство сценариев изменения климата основано на анализе температур воздуха. Однако для теоретических и прикладных задач, связанных с оценкой отклика земной поверхности на изменения климата, первостепенное значение имеет температура почв — важнейшая характеристика климатических, почвообразовательных, мерзлотных и инженерно-геологических условий. Она определяет функционирование наземных биогеоценозов, позволяя судить о чувствительности ландшафтов к антропогенному воздействию, изменению природной среды и климатическим флуктуациям. Особый интерес к последнему аспекту диктуется растущим вниманием научной общественности к проблеме глобального потепления.
Гидрометеорологической службой России за более чем столетний период наблюдений собран огромный массив данных о температуре почв на сети метеорологических станций страны. Массовые наблюдения за температурой почв на глубинах начались в СССР в 1930–1950-х гг. В 70–80-х гг. XX в. сеть наблюдений достигла максимального охвата — более 1000 станций с использованием вытяжных термометров, установленных на стандартных глубинах 20, 40, 80, 120, 160, 240 и 320 см. С конца XIX в. основной вариант измерения температуры почв — участок с ненарушенной структурой почвы, сохранением растительного покрова и снежным покровом зимой. Данные наблюдений в обобщенном виде опубликованы в изданиях «Справочник по климату СССР» и «Метеорологический ежемесячник». С использованием этих справочников и машинных носителей Гидрометеорологических архивов, в лаборатории криологии почв Института физикохимических и биологических проблем почвоведения РАН совместно с Всероссийским научно-исследовательским институтом гидрометеорологической информации была создана база данных по температуре почв России и совместно с факультетом почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова составлена серия карт, отражающих основные характеристики температурного режима почв и являющихся продолжением работ В.Н. Димо. При их составлении использованы данные наблюдений по 667 метеостанциям России за период 1961–1990 гг., принимаемый Всемирной метеорологической организацией в качестве климатической нормы теплообеспеченности почв в годовом и сезонном циклах. В дополнение к данным Гидрометеорологической службы для Колымской низменности использовали данные, полученные с площадок для наблюдения по международной программе Циркумполярного мониторинга деятельного слоя (CALM). На Севере России и в горных районах наблюдательная сеть Росгидромета имеет слабую степень покрытия территории, а на полярных станциях из-за их труднодоступности и сложных условий функционирования ряды наблюдений значительно короче: всего несколько лет, в ряде случаев выходящих за период 1961–1990 гг. Параметры карт (среднемноголетние значения) получены расчётным методом на основе данных среднемесячных и среднегодовых температур почвы за отдельные годы. Данные карты представляют собой простые картографические модели, построенные по данным метеостанций. Ввиду мелкого масштаба карт при их составлении не учитывались рельеф местности и ландшафты, влияние морей и других природных факторов на температуру почвы. При анализе карт следует учитывать, что в Сибири и ряде других районов большинство метеостанций расположено вокруг крупных водоемов (озер и водохранилищ) или в долинах крупных рек с их отепляющим эффектом, а также отсутствие метеостанций, ведущих наблюдения за температурой почв в лесных массивах, и их крайне малое число в горных районах.
Одним из показателей, характеризующих температурный режим почв, является среднегодовая температура почвы. При разных амплитудах сезонных температур среднегодовая температура почвы может быть одинаковой, однако она будет тем выше, чем больше в годичном цикле преобладает процесс нагревания почвы, и тем ниже, чем большую роль играет процесс охлаждения.
В пределах территории России среднегодовая температура почвы на глубине 20 см изменяется от –14,5°C на о-ве Голомянный в Карском море до +15,2°C в Дербенте. Из-за отепляющего влияния снежного покрова среднегодовые температуры почвы выше среднегодовых температур воздуха и возрастают с севера на юг и с востока на запад. Выделяются две области — положительных и отрицательных среднегодовых температур на глубине 20 см. Изотерма 0°C проходит по диагонали с северо-запада на юго-восток. Область отрицательных среднегодовых температур на глубине 20 см совпадает с областью сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Наиболее низкие значения среднегодовой температуры почвы отмечаются на островах Северного Ледовитого океана, на п-ове Таймыр и северовостоке Якутии, наиболее высокие характерны для Черноморского побережья Кавказа и Прикаспийской низменности.
Суммы температур выше 10°C в почве на глубине 20 см являются основным показателем её тепловых ресурсов. Они увеличиваются с севера на юг и изменяются на территории России в пределах от 0 до 4800°C.
Продолжительность периода с температурой выше 10°C на глубине 20 см нарастает в направлении с севера на юг. Минимальные значения продолжительности периода с температурой выше 10°C отмечаются в почвах области распространения многолетнемерзлых пород: в почвах арктических пустынь и тундровых почвах продолжительность периода с температурой выше 10°C на глубине 20 см ограничивается 0–2 месяцами, а в мерзлотно-таежных почвах биологически активный период с температурой выше 10°C увеличивается до 2–3 месяцев. В сезоннопромерзающих почвах продолжительность периода с температурой выше 10°C увеличивается до 3–4 месяцев. В почвах степного типа почвообразования продолжительность периода с температурой выше 10°C достигает 4–6 месяцев, а в Предкавказье и на Черноморском побережье Кавказа 6–8 месяцев.
Суммы температур ниже 0°C в почве на глубине 20 см характеризуют накопление холода в почве в период промерзания и нахождения почвы в мерзлом состоянии и принимаются за критерий оценки степени суровости зимних почвенных условий. Наибольшие суммы отрицательных температур отмечаются в почвах области распространения многолетнемерзлых пород на территориях, подверженных охлаждающему влиянию Северного Ледовитого океана. На островах и побережье Северного Ледовитого океана, северовостоке и в центре Якутии суммы температур ниже 0°C в почве составляют от –3000 до –5000°C и ниже. В направлении от побережья океана в глубь азиатского континента суммы отрицательных температур в почве снижаются до –1000 — –1500°C. На европейской территории, в сезоннопромерзающих почвах суммы отрицательных температур составляют –100 — –500°C. На северо-западе страны, в Предкавказье, на Курильских о-вах, юге п-ова Камчатка и о-ва Сахалин, подверженных отепляющему влиянию морей, суммы отрицательных температур в почве на глубине 20 см не превышают –50°C.
Определение глубины проникновения температуры выше 10°C в почву проводили по ежемесячным показаниям термометров путем интерполяции между температурами двух соседних глубин, на одной из которых среднемесячная температура выше, а на другой ниже 10°C. Глубина проникновения температуры выше 10°C в почвах России изменяется от 0 до ниже 320 см. Она увеличивается в направлении с севера на юг и с востока на запад. На территории Восточно-Европейской равнины к югу от Москвы и части территории Приморского края температура выше 10°C проникает в почву на глубину 320 см и ниже. В тундровой зоне глубина проникновения в почву температуры выше 10°C не превышает 20 см, а в зоне арктических пустынь такие температуры не наблюдаются.
Почвы России вне области распространения многолетнемерзлых пород характеризуются сезонным промерзанием. Оно вызвано тем, что в холодное время года почва теряет тепла больше, чем получает. Глубина промерзания почвы зависит от многих факторов: температуры воздуха, снежного и растительного покрова, типа почвы и её гранулометрического состава, влажности почвы, рельефа местности, хозяйственной деятельности человека. Глубина проникновения температуры 0°C в почву больше глубины промерзания почвы. Это различие обусловлено тем, что почвенный раствор в большинстве случаев замерзает при температурах ниже 0°C в зависимости от концентрации солей в почвенном растворе и размеров почвенных капилляров. Определение глубины проникновения температуры 0°C в почву проводили по ежемесячным показаниям термометров путем интерполяции между температурами двух соседних глубин, на одной из которых среднемесячная температура положительна, а на другой отрицательна.
На территории России глубина проникновения температуры 0°C в почву изменяется в пределах от менее 20 до более 320 см. На европейской территории России глубина проникновения температуры 0°C в почву значительно меньше, чем на азиатской территории. Только на юге п-ова Камчатка и о-ва Сахалин и на Курильских о-вах, где к отепляющему влиянию моря добавляется еще и влияние мощного снежного покрова, глубина проникновения температуры 0°C в почву не превышает 80 см.
Для почв в области распространения многолетнемерзлых пород важнейшим параметром является глубина проникновения в них изотермы 0°C при оттаивании летом. Эта величина на карте не показана ввиду недостаточности данных.
Д.А. Гиличинский, О.В. Решоткин, О.И. Худяков, И.О. Алябина, С.С. Быховец, В.А. Сороковиков
- Средняя годовая температура почвы на глубине 20 см, масштаб 1:60 000 000
- Суммы температур выше 10°C в почве на глубине 20 см, масштаб 1:60 000 000
- Продолжительность периода с температурой выше 10°C в почве на глубине 20 см, масштаб 1:60 000 000
- Суммы температур ниже 0°C в почве на глубине 20 см, масштаб 1:60 000 000
Источник